Ciertos materiales, como el cobre, Conduce muy bien la electricidad. Otros materiales, como el vidrio, no. Un cierto tipo de material llamado aislante topológico, actúa parcialmente como uno y parcialmente como el otro - se comporta como un conductor en su superficie y un aislante en su interior.

Debido a las propiedades electrónicas únicas de los aislantes topológicos y su uso potencial en dispositivos espintrónicos e incluso concebiblemente como transistores para computadoras cuánticas, Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) están interesados ​​en investigar la relación especial entre dos propiedades de los electrones de superficie conductores en estos materiales.

En aisladores topológicos, el giro y la cantidad de movimiento de los electrones de cada superficie están tan estrechamente vinculados que, en lenguaje científico, están unidos el uno al otro. "El bloqueo del impulso de giro es como tener una pelota de baloncesto que debe girar en una dirección específica dependiendo de su trayectoria en la cancha, ", dijo el científico de materiales de Argonne Olle Heinonen." Debido a que un electrón también lleva un momento magnético, puede utilizar el bloqueo de impulso de giro para manipular sistemas magnéticos de manera muy eficiente ".

La estructura electrónica de los aislantes topológicos, incluidos los detalles del bloqueo de impulso de giro, puede reflejarse en el comportamiento de transporte de electrones en los materiales. Para explorar el comportamiento novedoso de los electrones en los materiales topológicos, Los científicos de Argonne trabajaron con científicos de la Universidad Nacional de Singapur, que realizó un experimento de transporte que proporcionó una nueva perspectiva de la estructura electrónica protegida topológicamente.

Heinonen y el ex investigador postdoctoral de Argonne, Shulei Zhang, describieron cómo en el experimento de transporte un campo magnético aplicado en el plano de una película delgada de un aislante topológico puede crear un voltaje en la dirección perpendicular a la corriente eléctrica aplicada, un fenómeno llamado Hall plano no lineal. efecto. Variando la dirección y la intensidad del campo magnético, los investigadores de Argonne y sus colegas pudieron determinar a partir de la información de resistencia resultante cómo se distribuyen los electrones en términos de sus momentos y espín.

"Si sabe cómo los campos magnéticos aplicados en diferentes direcciones afectarían la corriente de Hall no lineal medida, puede utilizar nuestro modelo teórico para trazar cómo se distribuyen los momentos y espines de los electrones, "Dijo Zhang." Entonces, debido a la forma en que podemos ver con mayor precisión cómo los campos electromagnéticos interactúan con los electrones de conducción de superficie, podemos obtener información mucho más detallada de la estructura electrónica de la superficie de los aislantes topológicos ".

El vínculo entre el efecto Hall plano no lineal y los estados de superficie topológicos con bloqueo de momento de giro es, según Heinonen, una "relación macroscópica-microscópica".

"Realmente nos da un vistazo bajo el capó, " él dijo.

Un artículo basado en el estudio, "Efecto hall plano no lineal, "apareció en la edición en línea del 1 de julio de Cartas de revisión física .